在利用大型油罐进行原油储备过程中,为防止油罐底部油泥的大量沉积,在大型油罐内部都要安装搅拌设备,旋转射流搅拌(RJM)是目前应用于油泥搅拌的最有效、最安全的方法。国外对这种搅拌系统的研究已经取得较大进展,但国内在这方面的研究仍处于起步阶段,尚无法开发可实际应用的性能优良的射流搅拌系统。在RIM系统的设计开发过程中,主机中动力涡轮的设计是一个难点。 本论文以大型工业油罐旋转喷射搅拌系统中动力涡轮的水力性能为研究对象,在对涡轮进行结构设计的基础上,采用试验测试和数值模拟的方法对其水力性能进行系统研究,探明涡轮水力性能的影响因素和控制方法,为其结构参数优化设计提供依据,以满足RIM系统实际工程应用的要求。 首先根据搅拌系统工艺对涡轮的设计要求,采用奇点分布法对涡轮的叶片进行设计,并给出了涡轮的基本参数和叶轮叶片翼型木模图,完成了涡轮的整体设计。然后根据RIM的主机结构特点,自行设计并搭建了涡轮性能测试的试验台,对涡轮多安装角度和流量等工况进行试验,并通过测试得到的数据绘制了反映涡轮性能的转速、扭矩、功率、效率等特性曲线。同时,按照实际的结构参数和试验台结构对涡轮进行三维建模,采用流体力学数值计算的方法对该模型相应试验工况下的流场进行仿真计算,得到了涡轮内部流场中压力、速度和涡量的分布情况,通过叶片曲面上的积分计算得到了涡轮的外特性曲线,比较试验测试与数值模拟的结果发现两者比较吻合,验证了数值计算模型和方法的准确性。并以此模型对试验未测到的工况进行模拟。通过比较得出结论,设计工况的模型性能最好,效率最高,也给出在一定条件下,其它模型的选用。 本文的研究结果一方面是RIM系统设计过程中重要组成部分,为旋转射流主机设计提供重要参数,具有工程实际应用价值;另一方面文中对涡轮的试验研究和三维湍动流场的数值模拟研究结果及方法,对涡轮的设计优化具有理论参考价值。